Synthèse de l'acide borique

[Camille STI]

Bonjour,

Je suis face à un exercice qui me pose problème...ou dû moins une préparation de Tp. On doit prendre connaissance de l'énoncé et essayé de préparé aux mieux le TP de manière à perdre le moins de temps possible avec les calculs en "préparant le terrain", si je puis dire.
En effet, j'ai essayé de le résoudre ce week-end, mais en vain, je m'en remet à vous, en espérant être la plus claire possible ^^

Je plante le décor : après un rappel sur le calcul d'un rendement chimique, on nous présente une manipulation :



"-> En acidifiant une solution de borax par l'acide chlorhydrique, on obtient l'acide borique :

Na2B4O7, 10 H2O + 2HCL --> 4H3BO3 + 2 NaCl + 5 H2O

La solution initiale de borax a un pH voisin de 9. Au point équivalent de la réaction, on a une solution saturée d'acide borique [H3BO3]saturé = 0,94 mol.L-1 pour laquelle on attend un pH voisin de 5.
2 colorant pourront être utilisés : Le vert de bromocrésol (3,8 - 5,4) ou l'hélianthine (3,1 - 4,4) [pour ce dernier, une goutte supplémentaire d'acide chlorhydrique fait passer le pH vers 1.

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II- Mode opératoire

*Le temps d'écrire la totalité du mode opératoire me ferait perdre énormément de temps, temps que je préfére utiliser pour résoudre les calculs qui suivent ....*

--> Questions :

* Chercher le nom anglais de l'acétone, la formule brute, les températures de changements d'état, la densité, et les solubilités dans l'eau et l'éthanol.

---> Réponse : Acetone, C3H6O, Température de fusion : -94,6 °C, Température d'ébullition : 56 °C , Densité = 0,8, miscible arvec l'eau et l'éthanol.

* Calculer le volume théorique d'acide chlorhydrique (6M) nécessaire pour transformer 15 g de borax en acide borique

---> J'ai essayé d'utiliser la formule C = n/V, mais en vain, j'ai essayé d'utiliser la formule avec le volume expérimentale mais en vain aussi

* Donner le volume d'acide chlorhydrique (6M) utilisé expérimentalement. En déduire le nombre de mole d'acide chlorydrique introduites au départ de la réaction.

--> Je suppose que je pourrais répondre à cette question le jour du TP, mais j'aimerais néanmoins savoir quel démarche il faut faire, notamment pour la déduction du nombre de mole ( n = C.V ? )

* Donner le nombre de moles de borax contenues dans les 15 g initiaux.

--> Même chose qu'au dessus, mais en utilisant la formule n = m/M (?)

* Donner la masse de produit après séchage

--> m= n. M (?)

* Calculer le rendement (R) de la synthèse

--> n obtenue / n idéal (?)

* Estimer les pertes en acide borique dues aux filtrations successives (se servir des solubilités)

--> Je ne sais absolument pas quelle formule utiliser :(

Je termine avec des questions un peu générale : que signifie "6M" ?

C'est assez exceptionnelle, notre classe étant de niveau moyen, nos professeurs ont préférés agir de cette manière de manière à nous préparer aux mieux pour les TP types bacs, ainsi qu'au TP de niveau Licence à la fac, fonctionnant de cette manière !


Merci infiniement pour l'aide que vous m'apporterez !

Camille.

[SoS(12)]

Bonjour Camille,

Je m'attarderai essentiellement sur les questions calculatoires, puisqu'il s'agit du travail demandé.

Je commence par la question générale, qui me parait on ne peut plus importante pour faire le reste ! "6M" signifie "6 mol/L".

Pour la question 2 :

Calculer le volume théorique d'acide chlorhydrique (6M) nécessaire pour transformer 15 g de borax en acide borique

, il faut utiliser la stœchiométrie de l'équation : à l'équivalence, on utilise 2 moles de HCl pour une mole de borax.
Avec la masse de borax, vous avez les moyens de trouver la quantité de matière concernée, et donc la quantité de matière de HCl nécessaire, et vous pourrez alors enfin utiliser c = n/V pour trouver le volume.

Proposez moi une réponse pour cela, on verra la suite après.

En restant à votre disposition.

[Camille STI]

Bonjour,

Merci pour votre réponse !

J'ajoute le Mode opératoire, au cas où il y en aurait besoin !
http://img15.hostingpics.net/pics/411098lpo.jpg


Alors en réfléchissant de cette manière je serais tentée de faire 15/6 =2,5, obtenant ainsi le nombre de mole . Comme 2 mole d'HCL = 1 mole de borax, alors 2,5/2 = 1,25. Puis, comme C = 6 mol/L, V = 1.25 / 6 (car V = n/C) = 0,208 = 208 mL

Est ce bon ?

[Camille STI]

Ce n'est pas bon ? Est-ce plutôt n = 15/6 = 2,5 mol , d'où l'on déduit N(HCL) = 2,5 x 2 = 5 mol
Puis Ci.Vi = Cf x Vf, donc
Vf = (0,96 x 50)/5 = 9,6 mL ?

[SoS(12)]

Reprenons Camille,

La détermination de la quantité de matière de borax introduite (n en mol) se fait en utilisant la formule n = m / M, où m est la masse de borax et M sa masse molaire.

C'est ensuite que vous utilisez la stoechiométrie pour trouver la quantité (toujours en mol) de HCl nécessaire, et donc ensuite le volume (ce n'est qu'à ce stade que la concentration de 6 mol/L est utile).

Je vous laisse reprendre, et ne soyez pas trop tenté(e) (difficile de prédire avec ce prénom !) d'utiliser la formule

Ci.Vi = Cf x Vf

qui est bien trop souvent un piège ...

[Camille STI]

Aaah d'accord c'est plus clair pour moi maintenant !!! :)

Donc, n (borax) = m /M = 15 / 381 = 0,03937 mol ( ou 3,937 . 10^-2 mol )
n (HCL) = 2 n borax = 2 x 0,03937 = 0.07874 mol

Et du coup je ne serais pas tentée de le faire dans ce cas là !

et du coup n = C. V, V = n/C = 0.07874/6 = 0.01312 = 13,12 mL

Cette fois c'est bon ?

[SoS(12)]

En tous cas, ça me parait bien raisonnable comme approche. Et le résultat parait plus cohérent que de verser 208 mL d'acide chlorhydrique concentré ...

Pour la suite :

Donner le volume d'acide chlorhydrique (6M) utilisé expérimentalement. En déduire le nombre de mole d'acide chlorhydrique introduites au départ de la réaction.

le principe est évidemment exactement le même (à l'envers). Je vous laisse donc vous débrouiller.

Pour la suite, vos propositions sont correctes, mais il vous faut les résultats expérimentaux pour mener les calculs.

Je reste à votre disposition.

[Camille STI]

D'accord, oui en effet c'est plus plausible que 208 mL ^^
Merci beaucoup en tout cas pour l'aide apporter !

Pour les questions qui suivent je pensent avoir compris, juste , pour la 2ème question; le nombre de mole d'HCL introduite en début de réaction est la même que celle que j'ai calculer pour la première question ? (de même pour la 3ème question, avec le nombre de mole de borax ?) C'est juste histoire d'être sûr à 100 %

La masse de produit après séchage nécessite d'utiliser les résultats de "n" pour les produits ?

Pour la dernière questions je ne sais pas vraiment comment procéder, enfin je ne suis pas sûre, faut-il faire une comparaison ?

Encore merci !!

[SoS(12)]

Bonsoir Camille,

La première question s’intéresse au volume théorique de HCl versé. La deuxième question s’intéresse au volume expérimental réel de HCl qui vous allez verser. Les calculs sont les mêmes, mais souvent, il y a une différence entre théorie et pratique (liée au mL supplémentaire demandé dans le protocole par exemple).

Pour la troisième question, je ne vois pas bien pourquoi elle arrive si tard, car c'est une donnée nécessaire pour répondre à la première question à mon avis. Donc je suis d'accord avec vous.

La masse de produit après séchage, vous l'aurez ... après le séchage ! C'est une donnée expérimentale qui devra donc attendre l'expérimentation.

Pour la dernière question, il n'y a pas de formule à utiliser ... La chimie et la physique ne se résument pas à l'utilisation de formules, que diable ! Il faut constater qu'on obtient moins d'acide borique qu'attendu, et chercher, au fil des solubilisations et filtrations, où ont eu lieu les pertes.

En restant à votre disposition.

[Camille STI]

D'accord j'ai tout compris ! :)

Un très grand merci pour l'aide précieuse que vous m'avez apportée !!!

Très Bonne soirée à vous !!